Styring af oversvømmelsesrisikoen for vandkraftværker i Frankrig

Udledning af vand sikkert fra dæmninger under oversvømmelser eller kraftig nedbør udgør en kritisk operationel udfordring. Tidligere tendenser viser en stigning i ekstrem daglig nedbør i det sydlige Frankrig, hvilket kan føre til pludselige oversvømmelser. Denne tendens forventes at fortsætte i fremtiden. Sne og gletsjersmeltning forventes også at påvirke dæmningens ind- og udstrømning på længere sigt. Gletsjer massetab viser allerede en konsekvent acceleration på tværs af Alperne.

Udfordringen i forbindelse med oversvømmelsesstyring på vandkraftanlæg er at forebygge eller minimere virkningerne af dæmningsoverhaling på lokalsamfund, ejendom, landbrug og økosystemer nedstrøms, samtidig med at dæmningerne selv beskyttes mod driftssvigt og andre skader. Hver vandkraftdæmning har forskellige risikoniveauer, og effektiviteten af PKW-systemer skal vurderes særskilt i hvert enkelt tilfælde.

PKW-systemet blev udviklet som reaktion på opdaterede hydrologiske undersøgelser fra EDF, som viste, at ekstreme oversvømmelser, der påvirkede vandkraftdæmninger, blev hyppigere og mere intense. PKW'er bidrager til at tilpasse dæmningskapaciteten til at håndtere virkningerne af klimaændringer såsom øget nedbør og oversvømmelser. Formålet med PKW-systemer er at skabe et større overfladeareal til (over)strømning af vand. Dette øger dæmningens udledningskapacitet uden at ændre det maksimale reservoirniveau. Den primære fordel ved en sådan teknologi er at beskytte vandkraftaktiver mod skader, samtidig med at driftsomkostningerne reduceres sammenlignet med alternative gatesystemer. Andre fordele omfatter reduktion af nedstrømspåvirkninger under kraftige nedbørshændelser samt sikring af energiforsyningssikkerheden under sådanne hændelser gennem reducerede driftssvigt.

Chassezac-dalen i departementet Ardèche i Auvergne-Rhône-Alpes-regionen i Frankrig blev udpeget som et vandområde med stort potentiale i 1950'erne. Dette førte til udviklingen af fem vandkraftdæmninger og fire vandkraftværker, som alle blev bygget mellem 1961 og 1970. En af disse, Malarce-dæmningen, har en højde på 28,4 m, en længde på 111 m og en tilbageholdelseskapacitet på 2,3 hm³ (dvs. 2,3 mio. m³). Det blev operationelt i 1968 og har en effektkapacitet på 16 MW.

PKW til Malarce-dæmningen blev bestilt for at øge sin maksimale udledningskapacitet med ca. 600 m³/s til i alt 4600 m³/s. Når dæmningens vandstand overstiger niveauet i indløbstankene, strømmer vandet automatisk over PKW til udløbstanke, der løber lige ind i spildkanalen og nedstrøms. Denne teknologi gør det muligt at tilpasse dæmninger til de stigende oversvømmelsesrisici, der forventes som følge af klimaændringerne. PKW i Malarce-dæmningen bidrager til at mindske risikoen for bekostelige skader på dæmningsinfrastrukturen og de efterfølgende samfund.

Der er flere tekniske muligheder til rådighed for styring af dæmning spill over. Labyrintiske udslip kan kun installeres i visse typer dæmninger og skal normalt installeres på det tidligste dæmningsdesignstadium. Gated systemer er på plads i mange eksisterende dæmninger til flow management. Dog kan gated systemer mislykkes i tilfælde af mætning på grund af overdreven oversvømmelse. PKW'er er ofte den mest effektive løsning til styring af oversvømmelsesrisikoen ved eksisterende dæmninger. PKW'er har ikke en maksimal kapacitet, men giver i stedet et frit flow-spild. PKW'er kan derfor håndtere meget højere flowniveauer og give en sikrere løsning end gated systemer med minimal risiko for funktionsfejl og lettere evakuering af flydende affald. I modsætning til andre flowstyringsteknikker undgår PKW'er også menneskelige fejl, da de ikke kræver menneskelige operatører. Dette er nyttigt i nødsituationer, herunder flash oversvømmelser og jordskred, hvor arbejdere ikke kan få adgang til stedet.

De vigtigste europæiske aktører inden for PKW-teknologi er Frankrig, Schweiz og Belgien. EDF tog ikke patent på PKW-systemet. I stedet har det arbejdet sammen om at dele PKW-teknologien og indsigten med andre aktører i det internationale vandkraftsamfund. Som tegn på international anerkendelse af den innovative teknologi installerer flere udviklere rundt om i verden (f.eks. i Algeriet, USA og Sydafrika) også PKW'er. I 2015 modtog EDF en Climate Solutions Award fra FN's rammekonvention om klimaændringer med temaet tilpasning.

Da en PKW udgør en lille del af den samlede dæmning, har den ikke en eksplicit indvirkning, der er synlig for eller kritiseret af interessenter og NGO'er. Interessentdeltagelse er derfor ikke rutinemæssigt en vigtig del af PKW-installationen. Ikke desto mindre følger alle PKW'er, som det er tilfældet med alle større anlægsarbejder, strenge procedurer for miljøkonsekvensvurdering og skal godkendes af regeringen. Disse konsekvensanalyseprocedurer og godkendelser, f.eks. gennem CODERST, omfatter høringer af NGO'er og interessenter.

PKW er blevet implementeret i forskellige vandkraftanlæg globalt. Denne store spredning blev fremmet af EDF's beslutning om ikke at patentere denne teknologi. Den samarbejdsbaserede tilgang fra de oprindelige udviklere, der delte teknologien med interessenter i hele vandkraftsamfundet, er en af de vigtigste succesfaktorer for teknologien. PKW er en billig og let installeret løsning sammenlignet med andre overløbsstyringsteknologier, såsom gated systemer. Desuden er PKW-teknologien pålidelig og modstandsdygtig, da der ikke er behov for bemandede operationer eller vedligeholdelse i stor skala. Endelig bidrog det forhold, at den første PKW blev bygget af EDF, et velkendt selskab, der er velrenommeret inden for vandkraftsektoren, til at overbevise andre dæmningsejere om at installere PKW'er.

Udfordringerne i forbindelse med PKW'er omfatter egnetheden af og adgangen til visse dæmningsområder, navnlig i bjergområder. Desuden betyder vandkraftinfrastrukturens lange levetid og varigheden af produktcyklusserne, at udbredelsen af nye ideer og teknologiske løsninger tager tid i denne industri. Endelig finder opførelsen af dæmninger normalt kun sted i sommermånederne, hvilket yderligere begrænser installationen af PKW'er.

Omkostningerne til PKW afhænger af den eksisterende dæmningsstruktur, placering og også af omfanget af vandgennemstrømningen. Tilgængeligheden af dæmningsstrukturen og de tilhørende behov for udstyr påvirker også omkostningerne. Afhængigt af dæmningen kan det være mere eller mindre dyrt at installere ændringer som PKW. Installation af PKW kan koste mellem 200.000 og et par millioner euro. Under alle omstændigheder kan PKW være omkostningseffektiv og udgøre en relativt lille del af dæmningens samlede omkostninger. Eksempler på PKW installation er rutinemæssigt citeret for at tage op til 30% af de samlede omkostninger. Mens den nuværende gated systemteknologi skal betjenes manuelt og kræver dyr regelmæssig vedligeholdelse, kræver PKW'er ikke betjeningspersonale, og der er kun behov for lav eller ingen vedligeholdelse.

Der er ingen retlig forpligtelse vedrørende PKW i Frankrig, og der forventes ingen lovgivning på dette område. Det er op til dæmningsejerne at installere teknologien. Bedre styring af oversvømmelser på vandkraftanlæg er imidlertid i overensstemmelse med nogle af principperne i direktiv 2007/60/EF om vurdering og styring af risikoen for oversvømmelser.

EDF udviklede den første PKW fra 2003 til 2005 ved Goulours-dæmningen (Pyrenæerne). Implementeringstiden for PKW varierer fra sag til sag. Små projekter kan tage et par måneder, mens større projekter kan tage et par år. I begge tilfælde opstår der begrænsninger på grund af dæmningsbyggeriets sæsonbetonede karakter. Godkendelsestiderne er ret lange og omfatter forundersøgelser, detailprojektering, udbud, miljøundersøgelser og myndighedernes godkendelse.

Det er vanskeligt at kommentere disse investeringers levetid, da PKW-teknologien er forholdsvis ny, og levetiden endnu ikke er nået. Det forventes, at betonkonstruktioner som PKW'er vil have samme levetid som vandkraftdæmninger eller andre store anlægsarbejder (dvs. 50-100 år).

Francois Lemperiere
Initial innovator of the PKW system
E-mail: forms92@wanadoo.fr 
Tel.: +33 145344289

Ahmed Ouamane
Initial innovator of the PKW system
University of Biskra, Algeria
E-mail: a.ouamane@univ-biskra.dz 

Frederic Laugier
Dam Safety Engineer
Electricité de France (EDF)
E-mail: frederic.laugier@edf.fr  
Tel.: +33 479606245